スラブ深部における相転移誘起の超塑性と深発地震：その場観察高圧変形実験による解明

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本年度は昨年度に引き続き、斜方輝石によるプレート強度弱化のメカニズムを検討するため、沈み込むプレート内条件下において、放射光施設（SPring-8）における単色X線を用いた無水の斜方輝石多結晶体の応力・歪のその場測定を行った。また、本年度は新たに以下2種類の実験に取り組んだ。1つは、斜方輝石とカンラン石の相対強度を得るために、無水の斜方輝石多結晶体と無水のカンラン石多結晶体を同一カプセル内に封入して変形した実験である。もう1つは、斜方輝石の変形に及ぼす水の効果を検討するために、含水の斜方輝石多結晶体を用いて行った実験である。なお、昨年度の成果より斜方輝石によるプレートの強度弱化が示唆されたため、本研究では昨年度に引き続き斜方輝石を実験試料として用いた。得られた応力指数の値および回収試料中に観察される多数の転位から、無水斜方輝石多結晶体中では転位クリープによる変形が進行しており、少なくとも2つ以上のすべり系による活動が認められた。無水条件下における斜方輝石とカンラン石の相対強度は、斜方輝石の低い活性化エネルギーのため、低温側で斜方輝石の方がカンラン石より強度が低くなることが示唆された。本研究で得た無水斜方輝石の転位クリープの流動則に基づき、曲げ変形する海洋プレートの強度プロファイルを求め、プレートの沈み込みが可能となるかどうか検討を行った結果、斜方輝石の粒子が連結して“弱層”を形成する場合、プレート強度は150 MPa以下となり沈み込み可能となることが分かった。一方、含水斜方輝石多結晶体を用いた変形実験では、同一のセルシステム・実験条件で行った無水条件での結果と比べ、著しい強度の弱化が認められた。斜方輝石のこの顕著な水による強度弱化から、第2相として斜方輝石が海洋プレートの強度を支配することに加え、マントル中に存在する水の量に応じて更にその強度を低下しうることが示唆される。